JPH08208232A - Sol-gel method synthesis of manganese oxide substance with octahedron structure - Google Patents

Sol-gel method synthesis of manganese oxide substance with octahedron structure

Info

Publication number
JPH08208232A
JPH08208232A JP28837595A JP28837595A JPH08208232A JP H08208232 A JPH08208232 A JP H08208232A JP 28837595 A JP28837595 A JP 28837595A JP 28837595 A JP28837595 A JP 28837595A JP H08208232 A JPH08208232 A JP H08208232A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
manganese oxide
gel
sol
oms
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28837595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Chi-Lin O'young
チ−リン・オヤング
Niangao Duan
ナイアンガーオ・デュアン
Steven Lawrence Suib
スティーブン・ローレンス・スイブ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texaco Development Corp
Original Assignee
Texaco Development Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texaco Development Corp filed Critical Texaco Development Corp
Publication of JPH08208232A publication Critical patent/JPH08208232A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00Compounds of manganese
    • C01G45/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/74Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by peak-intensities or a ratio thereof only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/77Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermically stable manganese oxide material having an octahedral structure and a tunnel structure.
SOLUTION: A manganese oxide having an octahedral molecular structure is produced by the method which comprises; forming a solution containing permanganate anion; adding an organic reducing agent to the solution to form a gel; recovering gel without containing substantially an unreacted reducing agent and heating the gel at a temperature which is effective to produce the manganese oxide material.
COPYRIGHT: (C)1996,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、八面体構造を有す
る酸化マンガン物質を製造する方法に関する。より詳細
には、本発明は、高い熱安定性を有するそのような酸化
マンガン物質のゾル−ゲル合成に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a manganese oxide material having an octahedral structure. More specifically, the invention relates to the sol-gel synthesis of such manganese oxide materials with high thermal stability.

【0002】[0002]

【従来の技術】一方向性トンネル構造を有する酸化マン
ガン八面体モレキュラーシーブは、MnO6 八面体の鎖
が辺を共有して異なる大きさのトンネル構造を形成して
いる、モレキュラーシーブの族を構成する。このような
物質は、陸地起源の試料中に検出され、また、大洋底か
ら回収されたマンガン団塊中にも発見されている。マン
ガン団塊は、一酸化炭素、メタンおよびブタンの酸化
(米国特許第3,214,236号明細書)、アンモニ
アによる酸化窒素の還元(Atmospheric Environment, V
ol. 6, p.309(1972))ならびに水素の存在下における
常圧蒸留残油の脱金属(Ind. Eng. Chem. Proc. Dev.,
Vol. 13, p.315(1974))に有用な触媒として記載され
ている。
2. Description of the Related Art Manganese oxide octahedral molecular sieves having a unidirectional tunnel structure constitute a group of molecular sieves in which chains of MnO 6 octahedra share edges to form tunnel structures of different sizes. To do. Such substances have been detected in samples of land origin and have also been found in manganese nodules recovered from the ocean floor. Manganese nodules are used to oxidize carbon monoxide, methane and butane (US Pat. No. 3,214,236) and reduce nitric oxide with ammonia (Atmospheric Environment, V
ol. 6, p. 309 (1972)) and demetalization of atmospheric distillation bottoms in the presence of hydrogen (Ind. Eng. Chem. Proc. Dev.,
Vol. 13, p. 315 (1974)) is described as a useful catalyst.

【0003】ホランド石は、トンネル構造をもつ天然に
産出する含水酸化マンガン(「骨組み水和物」とも記さ
れる)であって、MnがMn4+およびその他の酸化状態
として存在することができ、トンネルが大きさおよび形
状において異なることができ、種々の一価もしくは二価
のカチオンがトンネル中に存在することができるもので
ある。ホランド石構造は、辺を共有して(2×2)トン
ネル構造を形成するMnO6 八面体の二重鎖からなる。
これらのトンネルの平均的な大きさは約4.6Å平方で
ある。Ba、K、NaおよびPbのイオンがトンネル中
に存在し、二重鎖の酸素に配位されている。トンネルカ
チオンの種類が鉱物の種を決定する。具体的なホランド
石の種には、ホランド石(BaMn816)、クリプト
メレーン(KMn816)、マンジロー石(NaMn8
16)およびコロナド石(PbMn816)がある。
Hollandite is a naturally occurring hydrous manganese oxide (also referred to as "framework hydrate") with a tunnel structure in which Mn can exist as Mn 4+ and other oxidation states. , The tunnels can differ in size and shape, and various monovalent or divalent cations can be present in the tunnel. The hollandite structure consists of double chains of MnO 6 octahedra that share edges and form a (2 × 2) tunnel structure.
The average size of these tunnels is about 4.6 Å square. Ba, K, Na and Pb ions are present in the tunnel and are coordinated to the double chain oxygen. The type of tunnel cation determines the mineral species. Specific hollandite seeds include hollandite (BaMn 8 O 16 ), cryptomelane (KMn 8 O 16 ), and manjiroite (NaMn 8
O 16 ) and coronado (PbMn 8 O 16 ).

【0004】天然に産出するホランド石が有するような
(2×2)トンネル構造を有する酸化マンガン八面体モ
レキュラーシーブを合成する水熱法が、Synthesis of M
icroporous Materials, Vol. II, 333, M. L. Occelli,
H. E. Robson 編,van Nostrand Reinhold, NY, 1992
における「Hydrothermal Synthesis of Manganese Oxid
e with Tunnel Structures」に記載されている。当該技
術では、(2×2)トンネル構造を有するこのような合
成八面体モレキュラーシーブを、OMS−2という名称
で呼ぶ。OMS−2の(2×2)トンネル構造を、図1
に概略的に示す。
A hydrothermal method for synthesizing manganese oxide octahedral molecular sieves having a (2 × 2) tunnel structure like that of naturally occurring hollandite is Synthesis of M
icroporous Materials, Vol. II, 333, ML Occelli,
HE Robson, van Nostrand Reinhold, NY, 1992
"Hydrothermal Synthesis of Manganese Oxid
e with Tunnel Structures ”. Such a synthetic octahedral molecular sieve having a (2 × 2) tunnel structure is referred to in the art by the name OMS-2. The (2 × 2) tunnel structure of OMS-2 is shown in FIG.
Is schematically shown.

【0005】OMS−2を製造する水熱法は、マンガン
カチオンと過マンガン酸化物アニオンとの水溶液を、
2.3〜4.6Åのイオン直径を有する対カチオンの存
在下に、酸性条件、すなわちpH<3において、80〜1
40℃の範囲の温度で加圧することを含む。この対カチ
オンは、OMS−2生成物の形成のための鋳型物質とし
て働くことができ、そのトンネル構造中に保持されるこ
とができる。分析試験によると、この方法によって製造
されるOMS−2は、600℃まで熱的に安定である。
A hydrothermal method for producing OMS-2 is an aqueous solution of a manganese cation and a permanganate oxide anion,
80-1 in the presence of counter cations having an ionic diameter of 2.3-4.6Å under acidic conditions, ie pH <3
Pressurizing at a temperature in the range of 40 ° C. This counter cation can serve as a template material for the formation of the OMS-2 product and can be retained in its tunnel structure. According to analytical tests, OMS-2 produced by this method is thermally stable up to 600 ° C.

【0006】あるいはまた、OMS−2は、R. Giovani
liおよびB. Balmer のChimia, 35(1981)53に開示され
た方法によっても製造することができる。したがって、
マンガンカチオンと過マンガン酸カチオンとを、塩基性
条件、すなわちpH>12において反応させると、層状の
酸化マンガン前駆体が製造される。この前駆体をイオン
交換し、ついで高温、すなわち一般に600℃を越える
温度で焼成して、OMS−2生成物を形成する。分析試
験は、この方法によって製造されるOMS−2が800
℃まで熱的に安定であり、マンガンイオンの平均酸化状
態がより低いことを示している。
Alternatively, OMS-2 is R. Giovani
li and B. Balmer, Chimia, 35 (1981) 53. Therefore,
Reacting the manganese cation with the permanganate cation under basic conditions, pH> 12, produces a layered manganese oxide precursor. The precursor is ion exchanged and then calcined at elevated temperatures, generally above 600 ° C., to form the OMS-2 product. Analytical tests showed that the OMS-2 produced by this method is 800
It is thermally stable up to ° C, indicating a lower average oxidation state of manganese ions.

【0007】トドロキ石は、MnO6 の辺共有八面体の
三重鎖によって形成される(3×3)トンネル構造をも
つ、天然に産出する酸化マンガンである。トドロキ石お
よび関連の種は、Turnerらにより、「Todorokites: A N
ew Family of Naturally Occurring Manganese Oxide」
Science, Vol. 212, pp. 1024-1026(1981)に記載され
ている。著者らは、トドロキ石がしばしば、高濃度の銅
およびニッケルを含有する深海のマンガン団塊中に発見
されるため、そのような金属が八面体骨組み中のMn+2
に置き換わることがありうると推測している。
Todorokiite is a naturally occurring manganese oxide having a (3 × 3) tunnel structure formed by the triple chains of MnO 6 edge-sharing octahedra. Todorokites and related species are described by Turner et al. In “Todorokites: AN
ew Family of Naturally Occurring Manganese Oxide "
Science, Vol. 212, pp. 1024-1026 (1981). The authors found that todorokites are often found in deep-sea manganese nodules containing high concentrations of copper and nickel, so that such metals were found to have Mn +2 in octahedral frameworks.
I suspect that it may be replaced by.

【0008】トドロキ石は、それらの比較的大きなトン
ネル寸法、およびゼオライトのそれに類似したそれらの
カチオン交換挙動のため、特に興味を引いた(Shenら,
「Manganese Oxide Octahedral Molecular Sieves: Pre
paration, Characterization, and Applications」Scie
nce, Vol. 260, pp. 511-515(1993))。天然に産出す
るトドロキ石は、結晶質が乏しく、組成において不純で
あり、他の酸化マンガン鉱物と共存している。高解像度
透過電子顕微鏡鏡検法(HRTEM)の結果は、トドロ
キ石が3×2、3×3、3×4および3×5のトンネル
構造のランダムな連晶質を含有することを示す。トドロ
キ石は、それらの不規則な構造のため、それらの商業的
利用を妨げる欠点である、変化して再現性のない触媒活
性を示す。
Todorokites are of particular interest because of their relatively large tunnel size and their cation exchange behavior similar to that of zeolites (Shen et al.,
"Manganese Oxide Octahedral Molecular Sieves: Pre
paration, Characterization, and Applications '' Scie
nce, Vol. 260, pp. 511-515 (1993)). Naturally occurring todorokiite is poor in crystallinity, impure in composition, and coexists with other manganese oxide minerals. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) results show that todorokites contain random intergrowths of 3x2, 3x3, 3x4 and 3x5 tunnel structures. Todorokites show altered and non-reproducible catalytic activity, a drawback that hampers their commercial use due to their irregular structure.

【0009】天然に産出するトドロキ石が有するような
(3×3)トンネル構造を有する酸化マンガン八面体モ
レキュラーシーブを合成する方法は、米国特許第5,3
40,562号明細書に記載されている。当該技術で
は、(3×3)トンネル構造を有するこのような合成八
面体モレキュラーシーブを、OMS−1という名称で呼
ぶ。OMS−1の(3×3)トンネル構造を、図2に概
略的に示す。
A method of synthesizing a manganese oxide octahedral molecular sieve having a (3 × 3) tunnel structure as in naturally occurring todorokite is disclosed in US Pat.
40,562. Such a synthetic octahedral molecular sieve having a (3 × 3) tunnel structure is referred to in the art by the name OMS-1. The (3 × 3) tunnel structure of OMS-1 is shown schematically in FIG.

【0010】OMS−1は、マンガンカチオンと過マン
ガン酸化物アニオンとを、強塩基性条件で反応させて、
層状の酸化マンガン前駆体を生成し、その後、該前駆体
を室温で少なくとも8時間熟成させ、熟成した前駆体を
イオン交換し、さらに、イオン交換した前駆体を150
〜180℃で数日間加圧することによって調製すること
ができる。分析試験は、この方法によって製造されるO
MS−1が約500℃まで熱的に安定であることを示し
ている。
OMS-1 is obtained by reacting a manganese cation and a permanganate oxide anion under strongly basic conditions,
A layered manganese oxide precursor is produced, then the precursor is aged at room temperature for at least 8 hours, the aged precursor is ion-exchanged, and the ion-exchanged precursor is added to 150
It can be prepared by pressurizing at ˜180 ° C. for several days. Analytical tests are based on the O produced by this method.
It shows that MS-1 is thermally stable up to about 500 ° C.

【0011】本発明の酸化マンガン構造は、特殊なタイ
プであることを、理解することが重要である。酸化マン
ガン類は、多様な構造を有することができる。文献によ
ると(Burns, R. G.; Burns, V. M., Review in Minera
logy, Amer. Mineral Soc.,Chap. 2, Vol. I, 1979
)、酸化マンガン類は、通常、種類が多く、特性が複
雑で、結晶質が乏しく、他の相と連晶しており、不規則
で、非化学量論的である。20以上の酸化マンガン相が
知られているが、それらのうちわずか数種しか具体的な
構造が確認されていない。
It is important to understand that the manganese oxide structure of the present invention is a special type. Manganese oxides can have a variety of structures. According to the literature (Burns, RG; Burns, VM, Review in Minera
logy, Amer. Mineral Soc., Chap. 2, Vol. I, 1979
), Manganese oxides are usually large in variety, complicated in properties, poor in crystallinity, intergrowth with other phases, irregular, and non-stoichiometric. Although 20 or more manganese oxide phases are known, only a few of them have specific structures confirmed.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によると、八面体
分子構造を有する酸化マンガン物質が、 a)過マンガン酸化物アニオンを含有する溶液を形成さ
せ; b)該溶液に有機還元剤を加えてゲルを形成させ; c)未反応の還元剤を実質的に含まないゲルを回収し; d)該ゲルを、酸化マンガン物質を製造するのに有効な
温度で加熱すること含む方法によって製造される。
According to the present invention, a manganese oxide material having an octahedral molecular structure is formed: a) forming a solution containing permanganate oxide anions; b) adding an organic reducing agent to the solution. Formed to form a gel; c) recovering the gel substantially free of unreacted reducing agent; d) produced by a method comprising heating the gel at a temperature effective to produce a manganese oxide material. It

【0013】本発明のゾル−ゲル法によって製造される
酸化マンガン物質は、層状物質、たとえばブセル石(bus
erite)またはバーネス石(birnessite)であることがで
き、これらは、OMS−1および/またはOMS−2の
生成における前駆体として用いることができる。層状物
質は、原子が主として一組の平行な平面に大きく集ま
り、それらの面の間の領域が比較的空である結晶質構造
である。
The manganese oxide material produced by the sol-gel method of the present invention is a layered material such as busselite.
erite) or birnessite, which can be used as precursors in the production of OMS-1 and / or OMS-2. Layered materials are crystalline structures in which the atoms are largely grouped together in a set of parallel planes with the region between the planes being relatively empty.

【0014】あるいはまた、この物質は、当該技術にお
いて一般に八面体モレキュラーシーブと呼ばれる三次元
構造であることもできる。この方法によって製造される
酸化マンガン物質は、800℃までの熱安定性を有する
ことが、見出された。このように、本発明のゾル−ゲル
法によって製造される八面体モレキュラーシーブは、水
熱法によって製造される八面体モレキュラーシーブより
も著しく高い熱安定性を有することが示された。したが
って、本発明の方法によって製造される酸化マンガン物
質は、高温、すなわち600℃を越える温度で実施され
る触媒反応に用いることができる。酸化マンガン物質の
応用性を著しく拡張することに加えて、このゾル−ゲル
法によって提供される他いくつかの利点には、得られる
相を制御し、ドープ剤および鋳型剤を容易に組み込み、
薄膜の製造を実施し、分子スケールで酸化マンガン物質
を合成し、非常に純粋な生成物を得、酸化マンガン八面
体モレキュラーシーブの粒子および孔径を制御するため
にそれが提供する能力、ならびにさらにその比較的低廉
な処理がある。
Alternatively, the material can be a three-dimensional structure commonly referred to in the art as an octahedral molecular sieve. It has been found that the manganese oxide material produced by this method has thermal stability up to 800 ° C. Thus, the octahedral molecular sieve produced by the sol-gel method of the present invention was shown to have significantly higher thermal stability than the octahedral molecular sieve produced by the hydrothermal method. Therefore, the manganese oxide material produced by the method of the present invention can be used in catalytic reactions carried out at elevated temperatures, ie above 600 ° C. In addition to significantly expanding the applicability of manganese oxide materials, several other advantages offered by this sol-gel method include controlling the resulting phase, and easy incorporation of dopants and templating agents,
The production of thin films has been carried out, the manganese oxide material has been synthesized on a molecular scale to give a very pure product, the ability it provides to control the particle and pore size of manganese oxide octahedral molecular sieves, and also its There is a relatively inexpensive treatment.

【0015】本明細書に使用する「OMS」とは、置換
および非置換の合成酸化マンガン八面体モレキュラーシ
ーブをいうものと理解されたい。
As used herein, "OMS" is understood to refer to substituted and unsubstituted synthetic manganese oxide octahedral molecular sieves.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明のゾル−ゲル法を実施する
ためには、まず、過マンガン酸化物アニオンを含有する
溶液を形成する。該溶液は、過マンガン酸塩を、蒸留脱
イオン水のような水性媒体に溶解させることによって形
成させることが好ましい。過マンガン酸塩は、水性媒体
に可溶性であるかぎり、特に限定しない。一般に、過マ
ンガン酸塩は、アルカリもしくはアルカリ土類金属の過
マンガン酸塩、たとえばナトリウム、カリウム、セシウ
ム、マグネシウム、カルシウム、バリウムまたはそれら
の組み合わせの過マンガン酸塩であることができる。カ
リウム、セシウムおよびバリウムの過マンガン酸塩が特
に有用であることが見出された。溶液中の過マンガン酸
化物アニオンの濃度は、狭い範囲に限られはしないが、
1M 以下が一般に好ましく、0.35M 以下が特に好ま
しい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION To carry out the sol-gel method of the present invention, first, a solution containing a permanganate oxide anion is formed. The solution is preferably formed by dissolving permanganate in an aqueous medium such as distilled deionized water. The permanganate is not particularly limited as long as it is soluble in an aqueous medium. Generally, the permanganate can be an alkali or alkaline earth metal permanganate, such as sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, barium, or a combination thereof. Permanganates of potassium, cesium and barium have been found to be particularly useful. The concentration of permanganate oxide anion in the solution is not limited to a narrow range,
1M or less is generally preferable, and 0.35M or less is particularly preferable.

【0017】過マンガン酸塩を溶解したのち、撹拌しな
がら有機還元剤を溶液に加える。有機還元剤もまた、ゲ
ルの形成を妨げないかぎり、特に限定しない。好適な有
機還元剤には、たとえばマレイン酸、フマル酸、グルタ
ル酸、フタル酸、グルコース、スクロース、アルコール
類およびそれらの組み合わせがある。好適なアルコール
類には、たとえばエチレングリコール、グリセリン、ポ
リビニルアルコールおよびアリルアルコールがある。過
マンガン酸化物アニオンと有機還元剤とのモル比は、一
般には1.5:1〜4:1、好ましくは2:1〜3:1
の範囲である。有機還元剤を加えると、ほぼ即座にゾル
が形成する。比較的短時間、たとえば30分未満のうち
に、ゾルがゲル化しはじめ、同時に離液が起こる。反応
温度は、一般に0〜60℃の範囲であり、好ましくは5
〜30℃の範囲である。
After the permanganate is dissolved, the organic reducing agent is added to the solution with stirring. The organic reducing agent is also not particularly limited as long as it does not prevent the formation of gel. Suitable organic reducing agents include, for example, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, phthalic acid, glucose, sucrose, alcohols and combinations thereof. Suitable alcohols include, for example, ethylene glycol, glycerin, polyvinyl alcohol and allyl alcohol. The molar ratio of permanganate anion to organic reducing agent is generally 1.5: 1 to 4: 1, preferably 2: 1 to 3: 1.
Range. A sol forms almost immediately upon addition of the organic reducing agent. In a relatively short time, for example, less than 30 minutes, the sol starts to gel and at the same time syneresis occurs. The reaction temperature is generally in the range of 0 to 60 ° C, preferably 5
Is in the range of -30 ° C.

【0018】ゲルを回収する際には、未反応の還元剤を
除去することが重要である。これが、最終的な酸化マン
ガン八面体生成物の酸化状態を、同様な物質の、還元剤
が除去されていない場合の酸化状態よりも高くする。
When recovering the gel, it is important to remove the unreacted reducing agent. This causes the final manganese oxide octahedral product to have an oxidation state higher than that of a similar material without the reducing agent removed.

【0019】ゲルは、適当な技術によって反応媒体から
回収することができる。一般には、ゲルを精製水で数回
洗浄し、洗浄水をデカントする。次に、ゲルを、たとえ
ばフィルタ漏斗中で、減圧下に適当な期間、室温でろ過
することができる。その後、ゲルを、好ましくはオーブ
ン中100℃で10時間乾燥させる。
The gel can be recovered from the reaction medium by any suitable technique. Generally, the gel is washed several times with purified water and the wash water is decanted. The gel can then be filtered, for example in a filter funnel, under reduced pressure for a suitable period of time at room temperature. The gel is then dried, preferably in an oven at 100 ° C. for 10 hours.

【0020】次に、回収したゲル生成物を空気中、40
0〜900℃で加熱して、所望の酸化マンガン物質を得
る。好ましくは、450〜800℃の範囲の温度を用い
る。この加熱段階、すなわち焼成段階は、一般に0.1
〜24時間、好ましくは1〜6時間実施する。
Next, the recovered gel product is dried in air to 40
Heat at 0-900 ° C. to obtain the desired manganese oxide material. Preferably, temperatures in the range of 450-800 ° C are used. This heating step, or firing step, is typically 0.1
~ 24 hours, preferably 1-6 hours.

【0021】当業者であれば、ドープ剤および鋳型剤、
たとえば遷移金属カチオン、有機アミンカチオンおよび
無機カチオンをゾルに加えて、得られる酸化マンガン物
質の細孔構造を制御したり、その骨組みおよび/または
トンネル構造を1種以上の金属カチオン、たとえばアル
カリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属のカチオン
によって置き換えたりしうることが理解できよう。
Those skilled in the art will appreciate that the doping and templating agents,
For example, transition metal cations, organic amine cations and inorganic cations may be added to the sol to control the pore structure of the resulting manganese oxide material, and its skeleton and / or tunnel structure to be one or more metal cations, such as alkali metals, It will be appreciated that the cations of the alkaline earth and transition metals may be substituted.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明の方法によって製造される八面体
モレキュラーシーブは、ルイス酸サイトおよびブレンス
テッド酸サイトを含む酸サイトを有している。用途に
は、触媒反応、たとえば異性化および重合、ならびに吸
着がある。OMSの触媒反応および吸着の用途の具体例
には、アルコールの分解、COの酸化、炭化水素類の脱
水素、NOの還元、オレフィン類の水素化、石油残油の
脱金属、有機硫黄化合物の分解、有機窒素化合物の分
解、アスファルトの分解、有害ガスの吸着および重金属
イオンの吸着がある。
The octahedral molecular sieve produced by the method of the present invention has acid sites including Lewis acid sites and Bronsted acid sites. Applications include catalytic reactions such as isomerization and polymerization, and adsorption. Specific examples of the use of catalytic reaction and adsorption of OMS include decomposition of alcohol, oxidation of CO, dehydrogenation of hydrocarbons, reduction of NO, hydrogenation of olefins, demetallization of petroleum residual oil, of organic sulfur compounds. Decomposition, decomposition of organic nitrogen compounds, decomposition of asphalt, adsorption of harmful gases and adsorption of heavy metal ions.

【0023】[0023]

【実施例】以下の非限定的な実施例により、本発明の具
体的な実施態様を説明する。
EXAMPLES The following non-limiting examples illustrate specific embodiments of the present invention.

【0024】実施例1:ゾル−ゲル技術によるカリウム
バーネス石層状酸化マンガン物質の製造 125mlの三角フラスコ中で、グルコース5.0gを蒸
留脱イオン水20mlに溶解することにより、グルコース
の1.4M 溶液を調製した。150mlのビーカー中で、
KMnO4 3.0gを蒸留脱イオン水50mlに溶解する
ことにより、KMnO4 の0.38M 溶液を調製した。
紫色のKMnO4 溶液を無色のグルコース溶液に加え
た。その結果、発熱反応が起こり、撹拌すると、均一な
赤色のゾルが形成した。数秒後、ゾルは褐色になり、1
分以内に褐色のゲルに変わった。このゲルを、室温で1
5〜30分間冷ましたのち、110℃で乾燥させた。約
24時間後、粘着性で褐色のキセロゲルが得られた。該
キセロゲルをアルミナボートに入れて、空気中、450
℃で2時間焼成して、キセロゲルを灰黒色の灰に転換
し、これをただちに黒色の微粉末に粉砕した。この粉末
のX線回折分析は、カリウムバーネス石構造をもつ化合
物の特性ピークを表した。ピークの位置およびおよその
相対強度は次のとおりであった。7.1Å(100);
3.5Å(50);2.5Å(10);2.4Å(2
0);2.2Å(10);2.1Å(10);1.8Å
(10)
Example 1: Preparation of potassium barnesite layered manganese oxide material by sol-gel technique. In a 125 ml Erlenmeyer flask, 5.0 g glucose was dissolved in 20 ml distilled deionized water to give 1.4 M glucose. A solution was prepared. In a 150 ml beaker,
A 0.38M solution of KMnO 4 was prepared by dissolving 3.0 g of KMnO 4 in 50 ml of distilled deionized water.
The purple KMnO 4 solution was added to the colorless glucose solution. As a result, an exothermic reaction occurred and, upon stirring, a uniform red sol was formed. After a few seconds the sol turns brown and 1
Within minutes, it turned into a brown gel. Run this gel at room temperature for 1
After cooling for 5 to 30 minutes, it was dried at 110 ° C. After about 24 hours, a sticky, brown xerogel was obtained. The xerogel was placed in an alumina boat and placed in air for 450
The xerogel was converted to a gray-black ash by firing for 2 hours at 0 ° C., which was immediately ground into a fine black powder. X-ray diffraction analysis of this powder revealed a characteristic peak of the compound having the potassium barnesite structure. The positions of peaks and the approximate relative intensities were as follows. 7.1Å (100);
3.5Å (50); 2.5Å (10); 2.4Å (2
0); 2.2Å (10); 2.1Å (10); 1.8Å
(10)

【0025】グルコースに代えてスクロースを用いてこ
の手順を実施して、実質的に同一の反応が起こり、同じ
カリウムバーネス石物質が得られた。他のポリアルコー
ル類、たとえばエチレングリコール、グリセリン、ポリ
ビニルアルコール、アリルアルコールなどを用いても、
同様な反応が観察された。
This procedure was carried out using sucrose instead of glucose, resulting in substantially the same reaction and the same potassium barnesite material. Using other polyalcohols such as ethylene glycol, glycerin, polyvinyl alcohol, allyl alcohol,
A similar reaction was observed.

【0026】実施例2:ゾル−ゲル技術によるK−OM
S−2の製造 蒸留脱イオン水100mlにKMnO4 (J. D. Baker 社
製)1.5804gを溶解させた0.1M 溶液に、マレ
イン酸(Pfalts and Bauer社製)0.387gを加え
た。この混合物を30分間撹拌した。室温で暗褐色のゾ
ルが形成し、これは、5〜10分のうちにゲル化しはじ
め、すぐに離液が起こった。得られたH2O/ゲル生成
物は、ゲルの上側の50容量%がH2 Oであった。この
2 Oをデカントした。得られたゲルを蒸留脱イオン水
100mlずつで4〜5回洗浄し、洗浄水をデカントし
た。次に、ゲルをフィルタ漏斗(水アスピレータ)に移
し、減圧下に室温で20分間ろ過した。ゲルをオーブン
に入れ、空気中100℃で約10時間加熱した。そし
て、乾燥したゲルを空気中、450℃で4時間加熱し
た。以下の表1および図3に、X線粉末回折データを提
示する。
Example 2: K-OM by sol-gel technique
Preparation of S-2 To a 0.1M solution prepared by dissolving 1.5804 g of KMnO 4 (manufactured by JD Baker) in 100 ml of distilled deionized water, 0.387 g of maleic acid (manufactured by Pfalts and Bauer) was added. The mixture was stirred for 30 minutes. A dark brown sol formed at room temperature, which began to gel within 5-10 minutes with immediate syneresis. The resulting H 2 O / gel product was H 2 O in the upper 50% by volume of the gel. The H 2 O was decanted. The gel obtained was washed 4 to 5 times with 100 ml of distilled deionized water, and the wash water was decanted. The gel was then transferred to a filter funnel (water aspirator) and filtered under reduced pressure at room temperature for 20 minutes. The gel was placed in an oven and heated in air at 100 ° C. for about 10 hours. Then, the dried gel was heated in air at 450 ° C. for 4 hours. The X-ray powder diffraction data is presented in Table 1 below and in FIG.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】表1および図3に示すX線粉末回折データ
は、天然に産出するクリプトメレーン、すなわちKMn
816の回折データと十分に合致している。
The X-ray powder diffraction data shown in Table 1 and FIG. 3 show that naturally occurring cryptomelane, KMn.
It is in good agreement with the diffraction data of 8 O 16 .

【0029】図4は、実施例2で製造したOMS−2ゲ
ルの熱重量分析(TGA)を表す。室温〜200℃での
重量変化は、H2 Oの損失によるものであり、200〜
500℃でのそれは、有機酸の分解によるものであり、
500〜550℃でのそれは、OMS−2の生成による
ものであり、800〜900℃でのそれは、OMS−2
のビクスビ鉱(立方体のMn23 )への酸化によるも
のである。フーリエ変換赤外分光データを使用して、H
2 Oおよびマレイン酸の損失を確認し、確証した。これ
らのデータは、本発明の方法によって製造される八面体
モレキュラーシーブが、約800℃まで熱的に安定であ
ることを実証する。
FIG. 4 represents the thermogravimetric analysis (TGA) of the OMS-2 gel prepared in Example 2. The weight change from room temperature to 200 ° C is due to the loss of H 2 O,
At 500 ° C it is due to the decomposition of organic acids,
At 500-550 ° C it is due to the formation of OMS-2 and at 800-900 ° C it is due to OMS-2.
Those of the oxidation of Bikusubi to ore (Mn 2 O 3 cubes). Using Fourier transform infrared spectroscopy data, H
The loss of 2 O and maleic acid was confirmed and confirmed. These data demonstrate that the octahedral molecular sieves produced by the method of the present invention are thermally stable up to about 800 ° C.

【0030】OMS−2ゲルを室温から500℃に加熱
するときに発生するO2 に関する温度プログラム式脱着
データ(TPD)を、図5に示す。TPDデータの積分
は、この物質の場合、単位セル中の原子16個あたり、
酸素原子0.48個しか発生しなかったことを示してい
る。対照的に、水熱法によって製造された焼成OMS−
2は、酸素原子9.41個の損失を招いた。ゾル−ゲル
OMS−2系の熱安定性は、水熱法によって製造される
該物質のそれよりも、明らかに優れている。
The temperature programmed desorption data (TPD) for O 2 generated when the OMS-2 gel is heated from room temperature to 500 ° C. is shown in FIG. In the case of this substance, the integration of the TPD data is as follows:
This shows that only 0.48 oxygen atoms were generated. In contrast, calcined OMS produced by hydrothermal method-
2 resulted in the loss of 9.41 oxygen atoms. The thermal stability of the sol-gel OMS-2 system is clearly superior to that of the material produced by the hydrothermal method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】OMS−2のトンネル構造を表す略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a tunnel structure of OMS-2.

【図2】OMS−1のトンネル構造を表す略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a tunnel structure of OMS-1.

【図3】本発明の方法によって製造されたOMS−2の
X線粉末回折パターンを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an X-ray powder diffraction pattern of OMS-2 produced by the method of the present invention.

【図4】本発明の方法によって製造されたOMS−2の
熱重量分析の結果を示す図である。
FIG. 4 shows the results of thermogravimetric analysis of OMS-2 produced by the method of the present invention.

【図5】本発明の方法によって製造されたOMS−2の
2 の温度プログラム式脱着を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the temperature programmed desorption of O 2 of OMS-2 produced by the method of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナイアンガーオ・デュアン アメリカ合衆国、コネチカット 06268、 ストーズ、ノースウッド・アパートメンツ 64 (72)発明者 スティーブン・ローレンス・スイブ アメリカ合衆国、コネチカット 06258、 ストーズ、ハンクス・ヒル・ロード 88 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Niangero Duane, Connecticut 06268, USA, Storrs, Northwood Apartments 64 (72) Inventor Steven Lawrence Swift, Connecticut 06258, Storrs, Hanks Hill Road 88

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 八面体分子構造を有する酸化マンガン物
質を製造する方法において、 a)過マンガン酸化物アニオンを含有する溶液を形成さ
せ; b)該溶液に有機還元剤を加えてゲルを形成させ; c)未反応の還元剤を実質的に含まないゲルを回収し; d)該ゲルを、酸化マンガン物質を製造するのに有効な
温度で加熱することを特徴とする方法。
1. A method for producing a manganese oxide material having an octahedral molecular structure, comprising: a) forming a solution containing a permanganate oxide anion; b) adding an organic reducing agent to the solution to form a gel. C) recovering a gel substantially free of unreacted reducing agent; d) heating the gel at a temperature effective to produce a manganese oxide material.
【請求項2】 酸化マンガン物質が、2×2トンネル構
造を有する酸化マンガン八面体モレキュラーシーブであ
る請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the manganese oxide material is a manganese oxide octahedral molecular sieve having a 2 × 2 tunnel structure.
JP28837595A 1994-11-07 1995-11-07 Sol-gel method synthesis of manganese oxide substance with octahedron structure Pending JPH08208232A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US33532394A 1994-11-07 1994-11-07
US08/335323 1994-11-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08208232A true JPH08208232A (en) 1996-08-13

Family

ID=23311291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28837595A Pending JPH08208232A (en) 1994-11-07 1995-11-07 Sol-gel method synthesis of manganese oxide substance with octahedron structure

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0710624A1 (en)
JP (1) JPH08208232A (en)
CA (1) CA2160409A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0011684D0 (en) * 2000-05-15 2000-07-05 Eveready Battery Inc Porous manganese dioxide and method of preparation thereof
CN100361900C (en) * 2003-05-01 2008-01-16 中国科学技术大学 Porous manganese oxide sheet material and method for preparing the same
CN102674464A (en) * 2012-03-30 2012-09-19 梧州三和新材料科技有限公司 Preparation method of manganous oxide with ultralow calcium, magnesium and heavy metal impurity concentrations
CN114452973A (en) * 2022-02-08 2022-05-10 权冉(银川)科技有限公司 Hydrogen energy catalytic preparation process and material method thereof
CN114452974B (en) * 2022-02-21 2023-05-23 中南大学 MnO 2 Base formaldehyde removal material, ultrasonic-microwave auxiliary preparation method thereof and application thereof in formaldehyde catalytic oxidation

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2659075B1 (en) * 1990-03-01 1992-05-29 France Etat Armement PROCESS FOR THE PREPARATION OF MANGANESE OXIDES BY THE SOL-GEL ROUTE.

Also Published As

Publication number Publication date
CA2160409A1 (en) 1996-05-08
EP0710624A1 (en) 1996-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rokicińska et al. Co3O4-pillared montmorillonite catalysts synthesized by hydrogel-assisted route for total oxidation of toluene
Prinetto et al. Synthesis and characterization of sol–gel Mg/Al and Ni/Al layered double hydroxides and comparison with co-precipitated samples
Xu et al. Thermal evolution of cobalt hydroxides: a comparative study of their various structural phases
Qin et al. Impact of organic interlayer anions on the CO2 adsorption performance of Mg-Al layered double hydroxides derived mixed oxides
US6028023A (en) Process for making, and use of, anionic clay materials
CN109414682B (en) High temperature layered mixed metal oxide materials with enhanced stability
Yan et al. High catalytic activity for CO oxidation of Co 3 O 4 nanoparticles in SiO 2 nanocapsules
Béres et al. Layered double hydroxides and their pillared derivatives–materials for solid base catalysis; synthesis and characterization
JP5568726B2 (en) Titanium oxide / layered double hydroxide composite and method for producing the same
EP3429964B1 (en) Synthesis of magnesium adamantane carboxylic salts and oxide nanocomposites
JPH08208221A (en) Octahedron molecular sieve with (4x4) tunnel structure and its preparation
CN114272892B (en) CO (carbon monoxide)2Trapping adsorbent and preparation method and application thereof
JPH08208220A (en) Preparation of manganese oxide octahedron molecular sieve
JPH08208232A (en) Sol-gel method synthesis of manganese oxide substance with octahedron structure
Ryu et al. Preparation of Porous LaFeO 3 Nanowires using AAO Template and Their Catalytic Properties
Alcântara et al. Hydrothermal synthesis of bismuth niobates and their application in azo-dyes photo-discoloration
JP4162130B2 (en) Quasicrystalline hydrated magnesium-aluminum hydroxycarboxylates, their preparation and their use
CN113713851B (en) Preparation method of In/H-beta catalyst for improving sulfur resistance and water resistance
Fan et al. Synthesis, characterization, and catalytic activity of cryptomelane nanomaterials produced with industrial manganese sulfate
Bessaha et al. Removal of an Acid Dye from Water Using Calcined and Uncalcined ZnAl‐r Anionic Clay
US5882622A (en) Carbon dixide adsorption of synthetic meixnerite
JP2004217444A (en) Porous composite derived from hydrotalcite-like compound, its manufacturing method, and ordinary temperature reduction catalyst of nitrogen oxide comprised of the same
Cosano et al. Structural, textural, surface basic and catalytic properties of an aged Mg/Al layered double hydroxide and its calcination products
JP4841768B2 (en) Nitrogen oxide adsorbent comprising chromium-containing oxide and method for producing the same
Manohara et al. Synthesis of Novel Organic-Inorganic Hybrid Materials for High Temperature CO2 Capture from Industrial Sources